20 червня, 2017
Антиоксидантные свойства овощей и фруктов
Овощи и фрукты являются богатым источником биологически активных веществ. Значительная часть этих соединений обладает антиоксидантными эффектами, основанными как на прямых механизмах (ингибирование химических реакций с участием кислорода и азота), так и на косвенных (связывание с прооксидантами) [1-3].
К антиоксидантам (АО) относятся соединения, способные активировать антиокислительные либо ингибировать проокислительные ферменты. К известным ингибиторам липооксигеназы принадлежат пирокатехиновый альдегид, 7,8-ди гидрокси-4-кумарин, изофлавоны сои [3, 4]. Следует также подчеркнуть, что АО растительного происхождения способны нейтрализовать активность свободных радикалов (СР).
Образование СР в организме происходит под действием некоторых видов химических веществ (ксенобиотиков), ионизрующего и ультрафиолетового излучения, ультразвука. Взаимодействие СР с клеточными макромолекулами (нуклеиновыми кислотами, белками, липидами, углеводами) приводит к различным дефектам: разрушению цепочек ДНК, точечным мутациям, хромосомным аберрациям и апоптозу. В условиях гомеостаза СР либо деградируют, либо включаются в дальнейшие биологические процессы, в ходе которых инактивируются. Избыточное количество СР кислорода, которые не были инактивированы, приводит к деструктивным изменениям в клетках и тканях. Изменения в ДНК могут способствовать распространению патологических клеток и индуцировать канцерогенез. Считается также, что действие СР может быть триггером развития тяжелых заболеваний, таких как атеросклероз, сахарный диабет, катаракта, болезнь Паркинсона и болезнь Альцгеймера. Единственная известная полезная функция СР сводится к тому, что они используются иммунными клетками для уничтожения микроорганизмов [5-8].
Таким образом, овощи и фрукты – ценный источник АО: полифенолов (фенольных кислот, флавоноидов, антоцианов), витаминов А, С, то коферолов, каротиноидов, селена, хлорофиллина, глутатиона, индола, фитатов и тиоцианатов.
Оксидативный стресс
Состояние дисбаланса между воздействием активных форм кислорода и биологической способностью к их быстрой нейтрализации либо восстановлением повреждений, вызванных эффектами СР, известно как окисидативный стресс. Для всех форм жизни характерно наличие восстановительной среды в клетках, которая поддерживается благодаря активности соответствующих ферментов. Нарушение нормального состояния внутриклеточной среды может вызвать токсические эффекты за счет производства пероксидов и свободных радикалов, в результате чего происходит окислительное повреждение всех клеточных компонентов, в частности белков, липидов и ДНК.
Под термином «свободный радикал» следует понимать молекулу или атом, имеющий неспаренный электрон на внешней орбите. Такая особенность строения определяет высокую реактивность СР, а также его способность «атаковать» различные компоненты клетки. К активным формам кислорода при надлежат такие СР, как супероксид (O2 •-), гидропероксильный радикал (HO2 •OH•), гидроксильный радикал (OH•), синглетный кислород (1O2 ), озон (O3) и пероксид водорода (H2O2). Обладающий гидрофобными свойствами гироксильный радикал легко транспортируется через липиднобелковую мембрану и характеризуется наиболее высокой агрессивностью по отношению к компонентам клетки [9].
Активные формы кислорода появляются в клетке в процессе окислительно-восстановительных реакций в результате присоединения молекулой дополнительных электронов либо могут быть образованы при взаимодействии биотических и абиотических факторов. Под действием различных факторов окружающей среды (нарушение водно-солевого баланса; воздействие низких температур; тяжелых металлов, пестицидов, механическое повреждение, бактериальная инвазия) в тканях растений запускается так называемая оксидативная волна [9].
Изменения, индуцированные СР кислорода в молекулах белков, особенно ферментов, могут приводить к нарушению обменных процессов. Перекисное окисление липидов – еще одно опасное свойство СР – приводит к изменению функции биологических мембран: снижению гидрофобности, повышению проницаемости для атомов H+, деполяризации мембраны, ингибированию ее ферментных систем. Нуклеиновые кислоты обладают устойчивостью к воздействию большинства СР и могут быть «атакованы» только гидроксильным радикалом, который способен разрушать азотистые основания, рибозу, дезоксирибозу, а также разрывать фосфодиэфирные связи [9].
В тканях растительных организмов существует система защиты от воздействия СР. Ее формируют ферменты, которые принимают участие в нейтрализации активных форм кислорода (супероксиддисмутаза, каталаза, пероксидаза), и АО (соединения аскорбиновой кислоты, терпеноидов, полифенолов).
Фермент супероксиддисмутаза присутствует в цитоплазме, митохондриях, хлоропластах, и необходим для преобразования супероксида в молекулу пероксида водорода (2O2 •- + 2H+ → H2O2 + O2). Пероксид водорода, в свою очередь, либо распадается в реакции, регулируемой каталазой (2H2O2 → 2H2O + O2), либо участвует в реакциях, регулируемых пероксидазой (H2O2 + AH2 → 2H2O + A). Ферментная триада супероксиддисмутазы, каталазы и пероксидазы является основной системой защиты тканей от агрессивного действия активных форм кислорода [9].
Присутствующие в пище АО непосредственно взаимодействуют с активными формами кислорода или воздействуют на метаболиты окислительно-восстановительных реакций, препятствуя образованию СР кислорода. АО активны в гидрофильной (аскорбиновая кислота) и гидрофобной (токоферолы, каротиноиды) фазе. В зависимости от своей структуры фенольные соединения могут проявлять антиоксидантную активность как в гидрофобной, так и в гидрофильной фазе.
Исследования эффектов полифенолов позволили найти взаимосвязь между их структурой и способностью элиминировать отработанные СР. За счет наличия кольца В и большого количества OH-групп к полифенолам с наиболее выраженной активностью относят антоцианидины и флавоноиды. К активным АО этой группы принадлежат также фенилпропаноиды [10].
Антиоксиданты в продуктах питания: влияние на организм
Употребление в пищу богатых АО овощей и фруктов играет значительную роль в профилактике многих заболеваний. Эпидемиологические исследования выявили корреляцию между заболеваемостью ишемической болезнью сердца и потреблением продуктов, содержащих большое количество флавоноидов. Меньше всего флавоноидов в раци оне жителей Финляндии (в среднем 5 мг/сут), больше всего – населения Японии (в среднем 64 мг/сут). Было также показано, что кардиоваскулярная смертность среди жителей южных регионов Франции в 5 раз ниже по сравнению с таковой среди населения Великобритании. Это явление связывают с более высоким по треблением овощей и фруктов на юге Франции. Считается также, что эффекты флавоноидов значительно более выражены, чем у остальных АО, присутствующих в пище [11]. За счет способности ингибировать действие фосфодиэстеразы и циклооксигеназы флавоноиды могут более эффективно подавлять агрегацию тромобоцитов, чем аспирин, и рекомендуются к употреблению в целях профилактики атеросклероза. В рацион следует включать полифенолы растительного происхождения в виде сырых овощей или фруктов (5 порций по 80 г ежедневно) [12].
К витаминам с антиоксидантными свойствами относятся витамин С, β-каротин, витамин А (ретинол) и витамин E. Эти вещества обладают способностью нейтрализовать СР и перекисное окисление липидов. В ряде исследований было показано, что наиболее мощным защитным действием обладают (в порядке убывания силы эффекта) α-токоферол, аскорбиновая кислота, ретинол и β-токоферол. Витамин С также способен разрушать пероксиды липидов и способен поглощать СР, образующиеся как в пище во время ее приготовления, так и в ходе метаболических процессов в организме. Недостаточное потребление витаминов C и E увеличивает восприимчивость тканей организма к действию как экзогенных СР, так и образующихся в организме в условиях интенсификации окислительных процессов. Дефицит витамина Е обусловливает повышение агрегации тромбоцитов, а также снижение концентрации холестерина в сыворотке крови пациентов с гиперхолестерине мией. Кроме того, витамин Е играет важную роль в регуляции кровяного давления [13].
АО, попадающие в желудочно-кишечный тракт с пищей, взаимодействуют с соляной кислотой, ферментами, солями желчных кислот, кишечной микрофлорой и ее метаболитами. Все перечисленные агенты являются факторами активации АО. Биологическая активность АО обусловлена их биодоступностью, т. е. количеством вещества, которое поглощается организмом и включается в его метаболические процессы. Косвенный показатель биодоступности полифенольных соединений – повышение интенсивности антиоксидантных процессов в плазме крови после употребления соответствующих продуктов. Скорость и степень абсорбции полифенолов в кишечнике определяются их структурой [3, 14]. Небольшое количество полифенолов обнаруживается в моче, следовательно, часть активного вещества может не усваиваться и выводиться из организма через желчные пути либо метаболизироваться кишечной микрофлорой [3, 15].
Антиоксидантные свойства фруктов
Фрукты – источник множества соединений с антиоксидантными свойствами. Было установлено, что антиоксидантные компоненты фруктов могут обладать следующими свойствами:
• выступать в качестве восстановительного агента;
• блокировать СР;
• образовывать химические комплексы с металлами, катализирующими реакции окисления;
• подавлять активность окислительных ферментов, индуцированную активными формами кислорода.
Количество фенольных соединений, содержащихся во фруктах, зависит от степени зрелости плодов и условий хранения после сбора урожая [19-24]. Среди различных видов фруктов выраженными антиоксидантными свойствами и высокими концентрациями полифенолов характеризуются плоды аронии черноплодной и брусники. Яблоки, вишня, клубника, ежевика, бузина и шиповник содержат большое количество мономеров и олигомеров флавоноидов [25, 26].
Самым богатым источником полифенолов считаются плоды аронии черноплодной. Общая масса этих соединений в плодах варьирует в пределах 40-70 мг/г сухой массы. Более 50% полифенолов составляют антоцианы (цианидин-3-галактозид, цианидин-3-арабинозид, цианидин-3-гликозид и цианидин-3-ксилозид). Другая часть полифенолов аронии черноплодной представлена производными гидроксикоричной кислоты, главным образом хлорогеновой и нехлорогеновой кислотами. Они придают плодам аронии терпкий вкус [27] и обусловливают выраженную антиоксидантную активность. Результаты исследований продемонстрировали фармакологические свойства сока плодов аронии. Так, содержащиеся в нем антоцианы предотвращают образование СР, а хелатирующее действие способствует выведению из организма тяжелых металлов. Активные вещества плодов аронии укрепляют стенки сосудов, предотвращают развитие атеросклероза и заболеваний сердца, поддерживают нормальную функцию кардиоваскулярной системы и регулируют кровяное давление.
Важнейшими компонентами черники являются фенольные соединения, общее содержание которых в плодах составляет около 30 мг/г сухой массы. 70% фенольных соединений представлены антоцианами, 10% – производными гидроксикоричной кислоты [28]. К содержащимся в чернике антоцианам относятся мальвидин, дельфинидин, а к фенольным кислотам – п-кумаровая, гидроксикофейная и 3,4-диметоксиаммониевая [29]. Плоды черники применяются в качестве антидиарейного и противовоспалительного агента, также они способствует снижению проницаемости стенки сосудов. Содержащиеся в них каротиноиды (лютеин и зеаксантин) и антоцианы улучшают способность органа зрения адаптироваться к темноте.
Еще один важный источник биологически активных веществ – клюква с общим содержанием фенольных соединений 20 мг/г сухой массы. К ним относятся процианидин, антоцианы и флавоноиды (кверцетин, мирицетин и производные гидроксикоричной кислоты) [30]. Употребление клюквенного сока способствует профилактике инфекций мочевыводящих путей, язвенной болезни желудка и заболеваний пародонта. Содержащиеся в нем фенольные соединения снижают риск развития атеросклероза и способны ингибировать рост раковых клеток.
Плоды ежевики также характеризуются высоким содержанием фенольных соединений, общее содержание которых оценивается в 23 мг/г сухой массы. В дополнение к антоцианам и флавоноидам, присутствующим в мякоти плодов ежевики, в ее семенах выявлено большое количество эллаговой кислоты, эпикатехина и процианидина. Антиоксидантная активность компонентов семян ежевики в 2 раза выше по сравнению с таковой компонентов ее плодов [31]. Высокое содержание эллаговой кислоты обусловливает потогонное и отхаркивающее действие.
Концентрация фенольных соединений в плодах бузины (20 мг/г сухой массы) близка к соответствующему показателю для плодов аронии. Среди этих компонентов можно выделить гликозиды цианидина и пеларгонидина. В плодах бузины также содержатся, хотя и в меньшем количестве, гликозиды кверцетина и хлорогеновая кислота [32]. Антиоксидантную активность бузины можно оценить как очень высокую.
Шиповник содержит большое количество витамина C (около 40 мг/г сухой массы) и каротиноидов (около 730 мг/г сухой массы). Среди последних преобладают ликопин и бета-каротин. В плодах шиповника также в значительном количестве присутствуют витамин E и флавонолы (кверцетин и его гликозиды) [30].
Плоды красной смородины, напротив, характеризуются более низкими концентрациями таких АО, как витамин С и фенольные соединения, однако при этом в них было выявлено большое количество трансресвератрола [30].
Богатым источником витамина С и фенольных соединений служит земляника. Так, содержание указанных компонентов в этих ягодах составляет 35-104 мг/100 г и 20 мг/г сухой массы соответственно. Наибольшая доля фенольных соединений представлена антоцианами, эллаговой кислотой и их производными. Из антоцианов в мякоти преобладает пелагронидин-3-гликозид, в семенах – цианидин-3-гликозид [34].
Малина богата аскорбиновой кислотой и антоцианами [31]. Среди полифенолов преобладает эллаговая кислота (более 50% от общего количества). Благодаря этому плоды малины проявляют антибактериальное, противовирусное, седативное, обезболивающее и гипотензивное действие.
Общее содержание фенольных соединений в плодах винограда зависит от вида виноградной лозы и сравнимо с таковым в клубнике и сливах. Красные сорта винограда содержат больше фенольных соединений, чем белые [35]. Фенольные соединения, среди которых превалируют антоцианы, производные гидроксикоричной кислоты, флавонолы и стильбеноиды, содержатся преимущественно в кожице и косточках винограда. Среди выделенных из косточек полифенолов преобладают галловая кислота, эпикатехин и катехин; в кожице присутствуют эллаговая кислота, мирицетин, кверцетин, кемпферол и трансресвератрол [36]. Последний воздействует на метаболизм липидов, подавляет окисление липопротеинов и агрегацию тромбоцитов, ингибирует активность ферментов липоксигеназы и циклооксигеназы. Трансресвератрол также оказывает влияние на процессы формирования комплексов металлов, катализирующих реакции окисления, ингибирует рост и метастазирование злокачественных новообразо ваний [37]. Авторы исследований, посвященных активности ресвератрола, указывают на необходимость дальнейшего изучения механизма его противоопухолевого действия. Экспериментально подтверж дено защитное влияние ресвератрола винограда при ишемии миокарда [38]. Существуют также исследования, в которых было продемонстрировано благоприятное воздействие ресвератрола на патофизиологические механизмы развития болезни Альцгеймера (предотвращение повреждения нейронов, снижение отложения амилоида) [39, 40]. Среди продуктов переработки винограда высокой антиоксидантной активно стью характеризуется красное вино. Было показано, что по данному показателю красное вино в 6 и 17 раз превышает вино из розовых и белых сортов винограда соответственно. Кроме того, АО, содержащиеся в красных винах, в 10 и 40 раз более эффективно связывают СР оксида азота по сравнению с АО розового и белого вина соответственно [42].
L. Simin и соавт. в 5-летнем проспективном исследовании с участием женщин без задокументированной ишемической болезни сердца выявили, что высокое потребление овощей и фруктов ассоциировалось со снижением частоты кардиоваскулярной патологии, особенно инфаркта миокарда. Эти данные указывают на целесообразность повышения потребления овощей и фруктов в общей популяции с целью профилактики сердечно-сосудистых заболеваний [43].
Антиоксидантные свойства овощей
Овощи характеризуются менее выраженной антиоксидантной активностью по сравнению с фруктами. Среди овощей, обладающих способностью связывать СР, выделяют чеснок, капусту, шпинат, брюссельскую капусту, брокколи и свеклу [44]. Овощи являются богатым источником гликозидов кверцетина и кемпферола. Высокое содержание кверцетина характерно для красного лука (117,4-1917 мг/кг) и лука-шалота (53,4-1187 мг/к г). Сильная антиоксидантная активность чеснока обусловлена такими его компонентами, как диаллилдисульфид, аллицин и S-аллил-цистеин [7].
Особого внимания заслуживает ликопин, содержащийся в томатах и продуктах их переработки. Мощные антиоксидантные свойства ликопина обусловлены наличием в его молекуле 11 сопряженных двойных связей. Повышенное потребление ликопина ассоциировано со снижением концентрации липопротеинов низкой плотности и уменьшением риска кардиоваскулярной патологии. Было также установлено, что ликопин может обладать противоопухолевыми свойствами. Так, у мужчин, потребляющих томатные продукты более 10 раз в неделю, было отмечено снижение риска развития рака предстательной железы. Повышенное потребление томатов так же снижало риск рака шейки матки у женщин. Биодоступность ликопина в продуктах переработки томатов выше, чем в свежих овощах. Приблизительное содержание ликопина в свежих томатах составляет 30 мг/кг, в томатном соке – 80 мг/кг, в кетчупе – около 130 мг/кг, а в то матном концент рате превышает 300 мг/кг. Средиземноморская диета способствует повышению биодоступности ликопина, поскольку включает большое количество томатов с оливковым маслом, которое повышает абсорбцию ликопина в кишечнике.
Выводы
Содержащиеся в овощах и фруктах АО обладают положительным влиянием на здоровье человека. Увеличение ежедневного потребления этих продуктов играет важную роль в профилактике и лечении многих заболеваний, что следует учитывать врачам при формировании диетических рекомендаций. Вопрос целесообразности использования диетических добавок в профилактике различных заболеваний, в частности кардиоваскулярной патологии, остается открытым и требует дополнительных исследований. По-видимому, перспективным направлением является разработка стратегий повышения биодоступности АО. У здоровых лиц нет необходимости в использовании диетических добавок, достаточно сформировать сбалансированный рацион из овощей и фруктов, содержащий нужные компоненты в нужном количестве. АО растительного происхождения применимы в качестве дополнительного усиления естественной защиты организма. Их использование позволяет улучшить качество жизни и снизить риск развития патологии.
Список литературы находится в редакции.
ИНФОРМАЦИЯ
Источник: Wawrzyniak A. et al. Wlasciwosci antyoksydacyjne owocow i warzyw. Borgis. Medycyna Rodzinna 1/2011, s. 19-23.
Перевод: Игорь Кравченко